CN103958092A - 铸造装置的控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于控制铸造装置（4）的方法，该铸造装置具有至少一个用于容纳液体材料（8）的铸模（10），其中液体材料（8）在固化期间在铸模（10）中凝固；在生产过程中采集至少一个过程参数；根据所采集的过程参数确定固化时间。

Description

铸造装置的控制方法

技术领域

本发明涉及一种用于控制铸造装置的方法，该铸造装置具有至少一个用于容纳液体材料的铸模，其中液体材料在固化期间在铸模中凝固。本发明还涉及具有至少一个铸模的铸造装置、包括该铸造装置的铸造装置系统、计算机程序和计算机程序产品。

背景技术

如今，在铸造装置中通过铸造过程制造发动机部件和其他部件。在铸造过程中由液体材料在该材料凝固之后形成具有符合铸模形状的特定形状的固体。对此需要持续关注的是，必须有效地进行生产过程并且特别是除了减少错误制造的部件以外还需要提高生产速度。

在铸造过程中生产过程的效率特别是取决于固化时间，即起初是液体的材料在铸造装置的铸模中冷却并且凝固从而能够将该材料从铸模取出的时间。该固化时间主要决定循环周期并因此决定生产过程的生产率。

在传统的、用于控制现有技术中的铸造装置的方法中，固化时间是固定不变的时间周期。换句话说，经铸造的部件始终在相同的时间周期之后从铸模中取出。为了提高产量通常根据铸造装置处于全负荷状态下运转的情况设置固化时间。

然而现有技术中的问题在于，一方面铸造过程由不固定的并且不受限制或仅有限的能够产生影响的多个因素决定。对此例如是铸造装置的周围环境或所使用材料的温度。

另一方面例如由于残次部件、维修工作、技术缺陷等原因总是反复出现所不希望的并且不能避免的铸造过程中断。在中断之后必须再次高负荷运转铸造装置并且特别是再次将铸模提高到所需温度。然而因为固化时间设置为固定不变的并且针对全负荷运转而设置，所以中断以及对铸造过程不可避免的影响会导致残次部件。另一方面，固定不变的固化时间也会导致部件留在铸模中的时间比所需时间更长。

发明内容

因此本发明的目的在于，提供用于控制至少一个铸造装置的方法，该方法特别是即使在不理想的条件下也能够有效地制造部件。

根据本发明的第一要义通过用于控制具有至少一个铸模的铸造装置的方法实现了上述目的，该铸模用于容纳液体材料，其中液体材料在固化期间在铸模中凝固。该方法包括这些步骤：在生产过程中采集至少一个过程参数并且根据所采集的过程参数确定固化时间。

与现有技术不同，根据本发明固化时间不是作为固定不变的时间周期，而固化时间是可变的并且在生产过程中根据至少一个过程参数确定固化时间。换句话说，在生产过程中能够根据采集的过程参数改变固化时间。

借助根据本发明的方法控制具有至少一个铸模的铸造装置。以液体材料填充铸模，该铸模原则上能够具有符合待制造部件的、所希望的形状的任意形状。原始材料优选可以是液态金属。为了使金属变为液态适当地加热该金属。

填充到铸模中的、热的液体材料在铸模中冷却并且凝固成固体。根据本发明根据生产过程中所采集的过程参数确定固化时间，即填充铸模和取出经铸造的部件之间的时间段。

过程参数是指表示铸造过程特征或直接或间接影响铸造过程的参数。过程参数特别是表示固化时间的特征或者直接或间接影响固化时间的参数。

通过根据本发明根据在生产过程中所采集的参数（自动地）确定固化时间能够降低次品率。即使在工作条件不理想时也能够明显提高生产率和生产工艺的效率。特别是通过根据本发明的方法能够顾及到生产过程的中断以及不可避免的影响。即使小的、在以秒为单位的范围中降低周期都会引起明显更高的生产率。

原则上能够采集任意时间上的至少一个过程参数。依据根据本发明的方法的第一实施方式，在待制造部件的铸造过程中能够采集实时的过程参数。铸造过程是指在大量部件的生产过程中一个部件的单个铸造过程。特别是为每个待铸造的部件在相应部件的铸造过程中采集至少一个实时的过程参数。（实时）待制造部件的固化时间优选能够根据所采集的、实时的过程参数来确定。换句话说，待铸造部件的固化时间（直接）取决于实时的过程参数。能够（及时地）顾及到实时对铸造过程的影响以及特别是铸造过程的变化。特别是能够（自动地）实时调控固化时间。能够改善周期和质量。

依据根据本发明的方法的一个优选实施方式能够连续采集至少一个过程参数。至少在（实时）待铸造部件的铸造过程中连续采集过程参数使得测量值是精确且（始终）最新的。或者也可以以能够预先规定的时间间隔、特别是以循环的时间间隔采集过程参数。特别是能够这样选择该时间间隔，即，使得测量值是足够新的，从而能够充分并及时地顾及到例如对铸造过程产生的影响。例如能够每秒钟、优选每半秒钟采集一个数值。

当然，能够采集生产过程的多个不同的过程参数，特别是铸造过程的多个不同的过程参数。也能够以不同的方式，即连续地或以能够预先规定的时间间隔采集不同的过程参数。

此外，依据根据本发明的方法的另一个实施方式能够根据所采集的过程参数和至少一个额定过程参数的比较确定固化时间。能够预先规定额定过程参数，例如极限值。通过比较（实时的）过程参数和一个合适的额定过程参数能够以简单的方式确定固化时间。例如这样预先规定额定过程参数，即实时的过程参数超过或低于额定过程参数时给出这个时间点，从该时间点开始能够打开铸模。换句话说能够这样预先规定至少一个条件，即，在满足该条件时材料已充分凝固并且能够取出经铸造的部件。

优选能够为过程参数预先规定至少两个额定过程参数。此外还能够预先规定一个下限值和一个上限值，这两个值限定了一个允许范围。只有实时的过程参数处于该范围中才能打开铸模。能够额外地规定其他的额定条件。例如在过程参数连续改变时能够考虑该过程参数（实时）是上升还是下降的。

原则上生产过程的各种过程参数都适合确定固化时间。优选能够采集表示固化时间特征或者影响固化时间的过程参数。已得知铸模的温度或铸模中材料的温度特别适合确定固化时间。特别是能够从铸模中材料的温度推导出起初是液体的材料是否（充分）凝固并且是否能够打开铸模。优选能够预先规定额定温度值，在该额定温度值下确保填充的液体材料已经凝固以致于能够取出经铸造的部件。换句话说，为每个部件确定最佳取出时间点。该取出时间点，即可变的固化时间能够取决于特别是材料或部件的实时温度。一方面能够避免在还没有充分凝固的情况下过早的取出时间点。另一方面能够避免不必要的长的固化时间。在降低残次部件数量的同时能够改善周期。

如上所述，能够预先规定其他的条件。例如能够考虑铸模的温度或铸模中材料的温度是下降还是上升的。因此在填充铸模时起初所采集的温度能够升高并且起初处于额定值以下。为了确保材料凝固，能够注意温度变化曲线。由下降的温度变化曲线可以得出，该材料正在冷却并且凝固。除了能够预先规定达到、低于或超过额定温度以外，为了确定固化时间还能够额外地预先规定该温度变化曲线是下降的。

当然，根据本发明的其他变形能够采集铸模的温度和铸模中材料的温度。

此外，根据该方法的另一个实施方式能够根据至少一个之前制造的部件的固化时间确定待制造部件的固化时间。特别是能够存储并参考出自之前铸造过程的结果。例如能够由实时的固化时间和之前经铸造的部件的固化时间之间的异常差异断定是错误的测量。

为了在错误采集（实时的）过程参数时防止过早地打开铸模，优选能够预先固定至少一个额定固化时间。例如能够预先规定至少一个最小的额定固化时间。特别是能够这样选择最小的额定固化时间，即材料至少已经开始充分地固化，从而防止在打开铸模时液体材料从该铸模中流出并从而损害铸造装置或其他装置。此外能够预先规定一个最大的额定固化时间。至少一个过程参数的错误测量不仅能够导致过早地实现、例如达到额定过程参数这样的条件，而且也导致不能够实现或太晚实现前提条件。为了能够在这种情况下取出部件，能够预先规定最大的额定固化时间，其中在达到最大的额定固化时间时（总是）能够打开铸模并且取出部件。当然，能够为用户显示相应的错误信息。

依据根据本发明的方法的一个特别优选的实施方式能够考虑以公式的形式设置上述限制条件，这些限制条件能够根据固化时间、即经铸造的部件的取出时间点来确定。例如将公式形式的各种条件相互逻辑结合。特别是能够将额定温度值的实现和这样的条件相结合，即温度变化曲线是下降的并且已经超过最小的固化时间。

此外，根据本发明的另一个实施方式在生产过程之前确定至少一个额定过程参数。优选能够在生产过程之前确定所有额定值，特别是上述公式。特别是在生产过程之前测得至少一个额定固化时间。

根据另一个优选的实施方式能够根据液体材料、铸造装置、铸造装置的状态和/或铸模形状确定至少一个额定过程参数。例如不同的液体材料能够具有不同的固化温度。因此对不同的材料来说至少一个额定温度是不同的。同样，所使用的铸模形状，例如铸模的大小、直径等可能需要不同的额定过程参数以得到最佳效果。同样，不同的铸造装置类型和铸造装置的状态都能够影响最佳的固化时间。当然，也能够使用其他的用于确定额定过程参数的限制条件。除了额定过程参数以外，当然也能够以类似的方式确定额定固化时间。

此外，在生产过程中也可以以能够预先规定的时间间隔（重新）确定至少一个额定温度值。

本发明的另一个涉及方面是具有至少一个铸模的铸造装置，该铸模用于容纳液体材料。在该铸造装置中设置至少一个传感器装置和至少一个控制装置，配置该传感器装置以用于在生成过程中采集至少一个过程参数，配置该控制装置以用于根据所采集的过程参数确定固化时间。

铸造装置特别是用于实施上述方法。

铸造装置还包括至少一个具有能够预先规定形状的铸模。该形状特别是取决于待制造的部件。该铸模能够以液体材料、例如金属或类似物填充。该材料凝固之后能够打开铸模并且将凝固的部件取出。

此外还设有至少一个合适的传感器装置，从而在生产过程中以及特别是在铸造过程中采集上述过程参数。

此外还设有控制装置。该控制装置例如是微型计算机、数字信号处理器（DSP）或类似物，配置该控制装置，以用于处理所采集的过程参数并且根据过程参数为经铸造的部件确定最佳固化时间，即取出时间点。

即使在不理想的工作条件下也能够明显提高生产工艺的生产率和效率。

依据根据本发明的铸造装置的第一实施方式传感器装置是温度传感器。该温度传感器特别是能够设置在铸模上或铸模中。借助合适的温度传感器能够采集对铸造过程重要的过程参数。

依据根据本发明的制造装置的一个优选的实施方式能够这样设置温度传感器，即能够采集铸模中材料的温度。如上所述，实际上所需的固化时间（尤其）取决于铸模中材料的温度。例如能够测量铸模的温度。由该温度能够推导出铸模中材料的温度。

原则上能够无接触地或通过接触采集铸模中材料的温度。特别优选能够这样设置至少一个温度传感器，即该温度传感器直接接触铸模中的材料。能够特别精确地采集该温度。由于测量精确性从而能够几乎没有误差地规定至少一个额定温度值。从而能够没有降低品质地、明显地降低处理周期。

本发明的另一个涉及方面是铸造系统，该铸造系统包括至少一个上述铸造装置和一个中央控制器，配置该中央控制器以确定至少一个额定过程参数。

该铸造系统也能够具有两个或多个能够和中央控制器通讯的铸造装置。中央控制器特别是具有数据库的中央处理装置，该中央控制器能够形成为更高一级的控制装置。例如关于铸造装置、例如铸造装置的状态、铸模的形状等信息以及关于待制造的部件和原始材料的信息能够存储在数据库中。由这些信息能够推导出至少一个最佳的额定过程参数，优选上述用于确定固化时间的公式。此外还能够有利地应用多个和中央控制器相连的铸造装置的信息，从而确定最佳的额定过程参数，优选用于确定固化时间的公式。

本发明的另一个涉及方面是计算机程序，该计算机程序具有能够在处理器上这样执行的指令，即通过上述方法控制铸造装置。

本发明的另一个涉及方面是包括上述计算机程序的计算机程序产品，该计算机程序具有能够在处理器上这样执行的指令，即通过上述方法控制铸造装置。

根据另一个实施方式提供一种用于控制具有至少一个铸模的铸造装置的方法，该铸模用于容纳液体材料，其中该液体材料在固化期间在铸模中凝固；在生产过程中采集至少一个过程参数；根据所采集的过程参数确定固化时间。

根据另一个实施方式，在待制造的部件的铸造过程中采集实时的过程参数并且根据所采集的实时过程参数确定待制造的部件的固化时间。

根据另一个实施方式，连续地或以能够预先规定的时间间隔采集过程参数。

根据另一个实施方式，根据所采集的过程参数和至少一个额定过程参数的比较确定固化时间。

根据另一个实施方式，该过程参数是铸模的温度或者该过程参数是铸模中材料的温度。

根据另一个实施方式，根据至少一个之前制造的部件的固化时间确定待制造的部件的固化时间。

根据另一个实施方式预先规定至少一个额定固化时间。

根据另一个实施方式在生产过程之前至少确定额定过程参数。

根据另一个实施方式，根据材料、铸造装置、铸造装置的状态和/或铸模形状确定额定过程参数。

根据另一个实施方式提供有具有至少一个铸模的铸造装置，该铸模用于容纳液体材料，其中设有至少一个传感器装置和至少一个控制装置，配置该传感器装置以用于在生产过程中采集至少一个过程参数，配置该控制装置以用于根据所采集的过程参数确定固化时间。

根据另一个实施方式，传感器装置是温度传感器，其中该温度传感器特别是设置在铸模上或铸模中。

根据另一个实施方式这样设置温度传感器，即能够采集铸模中材料的温度。

有多种可行性方案用于设计并且进一步扩展根据本发明的、用于控制至少一个铸造装置的方法、根据本发明的铸造装置、根据本发明的铸造装置系统、根据本发明的计算机程序和根据本发明计算机程序产品。对此一方面可以参考从属权利要求，另一方面可以参考对结合附图的实施例的描述。在附图中：

附图说明

图1示出了根据本发明具有铸造装置的铸造装置系统的第一实施例的示意图；以及

图2示出了根据本发明用于控制铸造装置的方法的实施例的流程图。

具体实施方式

图1示出了根据本发明具有示例性的铸造装置4的铸造装置系统2的第一实施例的示意图。

所示铸造装置4用于制造、特别是用于铸造部件6。例如能够铸造发动机部件或类似部件。对此提供有液体材料8，例如液态金属。该金属特别是铝或铝合金。

将液体材料8填充到铸模10中，该铸模也称为铸模8。为了制造具有多个空腔的部件6，还能够提供造型材料12。借助造型材料12例如能够形成型芯，从而随后在部件6中产生空腔。例如使用合适的型砂作为型芯的造型材料12。

此外，铸造装置4还具有控制装置14。能够配置该控制装置14以控制铸造装置4和铸造过程。控制装置14能够具有合适的处理媒介16，例如处理器、存储介质、接口等，从而为铸造过程预先规定各种控制参数。例如能够预先规定冷却参数、用于加热模具局部的加热参数和/或合适的浇注参数和进料参数。

对此特别是配置控制装置14以确定固化时间，即取出时间点，对此下面还将进一步解释。

在本实施例中铸造装置4还具有传感器装置18。该传感器装置18特别是温度传感器18，该温度传感器用于采集铸模10的温度和/或铸模10中材料的温度。

优选能够直接采集铸模10中材料的温度。例如这样设置温度传感器18，即该温度传感器直接接触铸模10中的材料。替代性地或额外地，可以测量铸模10的温度。例如能够由该温度推导出铸模10中材料的温度。

温度传感器18以能够预先规定的时间间隔或者连续地采集至少一个上述温度。所采集的温度值能够以合适的形式提供给控制装置14以继续进行处理。

当然，根据本发明的其他变体能够设置多个温度传感器18，以采集铸模10的、不同位置的温度和/或模具中材料的、不同位置的温度。当然，此外能够设置其他的采集装置例如用于采集周围环境温度和类似信息。

此外，铸造装置4能够和中央控制器20进行通讯连接。原则上能够设置无线或有线的通讯连接。

中央控制器20能够具有（未示出的）处理媒介和数据库。此外，该中央控制器20还能够和其他的（未示出的）铸造装置相连。

下面借助图2详细说明根据图1的铸造装置4的工作原理。图2示出了根据本发明用于控制铸造装置4的方法的实施例的流程图。

在第一个步骤201中，最初在生产过程开始之前，即在第一个部件4的铸造过程之前确定至少一个第一额定过程参数。特别是能够根据材料8、铸造装置4、铸造装置4的状态、铸模形状、待制造部件6等确定额定过程参数。

当然，能够确定多个额定过程参数。特别是能够为至少一个过程参数确定至少一个极限值。此外能够预先规定至少一个额定固化时间。优选能够确定至少一个最小的额定固化时间和一个最大的额定固化时间。

此外，优选不仅能够确定额定参数，而且还能够特别是根据上述条件确定用于确定最佳固化时间的公式，其中该公式优选能够由额定固化时间、额定过程参数和所采集的过程参数决定。例如单个的条件能够相互逻辑结合。

根据下面详细阐述的实施例能够预先规定最小的额定温度、最小的额定固化时间、最大的额定固化时间和温度变化曲线下降的前提条件，其中单个的连接能够相互逻辑结合。

在铝作为材料时，温度额定值例如能够处于350℃和600℃之间的范围中。最小的额定固化时间能够在80s和180s之间的范围中。最大的额定固化时间能够在100s和250s之间的范围中。

至少一个额定过程参数或公式的确定能够由铸造装置4的控制装置12来确定。然而，优选能够设置更高一级的控制装置20，例如具有数据库的中央控制器20以确定至少一个额定过程参数。对此特别是能够配置这个更高一级的控制装置20以监测并控制多个铸造装置。

在下一个步骤202中能够将液体材料填充到铸模10中。同时能够启动计时器。例如能够随着填充的开始或者填充的结束启动计时器。

在下一个步骤203中冷却并且凝固液体材料。在铸造过程中能够采集至少一个过程参数。在本实施例中传感器装置18连续采集铸模10中材料的温度。当然，能够在整个生产过程中而不仅仅是在铸造过程中连续采集温度。

对此能够配置控制装置14以比较实时采集的材料温度和最佳的额定温度。

如果控制装置14确定已经达到或低于最佳的额定温度，那么能够首先另外检查温度变化曲线是否下降。此外能够额外地检查是否已经超过最小的额定固化时间。对此能够比较计时器的数值和最小的额定固化时间。

如果满足这些条件，那么控制装置14能够使铸模10打开并且在步骤204中取出部件6。取出部件6之后铸模10能够再次闭合，计时器复位并且按照步骤202继续进行该方法。

另一种取出条件可以是达到最大的额定固化时间。使计时器的数值至少能够和最大的额定固化时间优选连续地进行比较。即使材料温度还没有达到额定温度，也能够取出经铸造的部件6。在这种情况下完全可能是测量误差。

如果实时的材料温度虽然低于额定温度，但是温度变化曲线是上升的，那么不会打开铸模10。在本实施例中如果实时的材料温度虽然低于额定温度，但是还没有达到最小的额定固化时间，同样不会打开铸模10。

最后这两种情况能够归结为技术缺陷。例如采集装置18可能是故障的。在这种情况下，首先经过最小或最大的额定固化时间之后在步骤204中打开铸模10。然后能够中断或结束生产过程（步骤205）。能够采取适当的措施消除技术缺陷。

Claims (11)

1.一种用于控制铸造装置（4）的方法，所述铸造装置具有至少一个用于容纳液体材料（8）的铸模（10），

-所述液体材料（8）在固化期间在铸模（10）中凝固，

-在生产过程中采集至少一个过程参数，

-所述过程参数是铸模（10）中材料的温度，

-根据所采集的过程参数确定固化时间，以及

-根据所采集的过程参数和至少一个额定过程参数的比较确定固化时间，

其特征在于，

-生产过程之前至少确定额定过程参数，以及

-生产过程期间以能够预先规定的时间间隔重新确定至少一个额定过程参数。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，连续地或以能够预先规定的时间间隔采集过程参数。

3.根据前述权利要求中任意一项所述的方法，其特征在于，根据至少一个之前制造的部件（6）的固化时间确定待制造部件（6）的固化时间。

4.根据前述权利要求中任意一项所述的方法，其特征在于，预先规定至少一个额定固化时间。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，根据材料（8）、铸造装置（4）、铸造装置（4）的状态和/或铸模形状确定额定过程参数。

6.一种具有至少一个铸模（10）的铸造装置（4），所述铸模用于容纳液体材料（8），其中所述铸造装置（4）用于实施根据前述权利要求中任意一项所述方法，其特征在于，

-设置至少一个传感器装置（18），配置所述传感器装置以用于在生成过程中采集至少一个过程参数，以及

-设置至少一个控制装置（14），配置所述控制装置以用于根据所采集的过程参数确定固化时间。

7.根据权利要求6所述的铸造装置（4），其特征在于，所述传感器装置（18）是温度传感器（18），其中所述温度传感器（18）特别是设置在铸模（10）上或铸模中。

8.根据权利要求7所述的铸造装置（4），其特征在于，这样设置所述温度传感器（18），即能够采集所述铸模（10）中材料的温度。

9.一种铸造系统（2），所述铸造系统包括至少一个根据权利要求6至8中任意一项所述铸造装置（4）和一个中央控制器（20），配置所述中央控制器以确定至少一个额定过程参数。

10.一种计算机程序，所述计算机程序具有能够在处理器上这样执行的指令，即通过根据权利要求1至5中任意一项所述方法控制铸造装置（4）。

11.一种包括计算机程序的计算机程序产品，所述计算机程序具有能够在处理器上这样执行的指令，即通过根据权利要求1至5中任意一项所述方法控制铸造装置（4）。